1、第第六六章章第七章 微生物的遗传变异与育种理想的工业发酵菌种应符合以下要求遗传性状稳定；遗传性状稳定；生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；目标产物的产量尽可能接近理论转化率；目标产物的产量尽可能接近理论转化率；目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分离；于分离；尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并利于分离；量并利于分离；培养基成分简单、来源广、价格低廉；培养基成分简单、来源广、价格低廉；对温度、对温度、pHpH、离子强度、剪切力等环
2、境因素不敏感；、离子强度、剪切力等环境因素不敏感；对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。第第六六章章v微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的生物学基本理论问题中最热衷的。v对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了和和的发展，而且的发展，而且为为提供了丰富的理论基础，促使育提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。发展。
3、研究微生物遗传学的意义第第六六章章一、遗传与变异的概念遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传遗传(heredity)(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。特点：具稳定性。遗传型（遗传型（genotypegenotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；的全部基因的总和；-是一种内在可能性或潜是一种内在可能性或潜力。力。遗传型遗传型+环境条件
4、环境条件 表型表型表型（表型（phenotypephenotype）：）：指生物体所具有的一切外表特征和内指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和在特性的总和;-;-是一种是一种现实存在，现实存在，是具一定遗是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。代谢代谢发育发育概述概述第第六六章章变异变异(variation):(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物生物体在外因或内因的作用下，遗传物质的结构或数量发生改变。变异的特点：质的结构或数量发生改变。变异的特点：a.a.在群体中以极在群体中以极低的几率出现，（一般为低的几率
5、出现，（一般为1010-6-61010-10-10）；）；b.b.形状变化的幅形状变化的幅度大；度大；c.c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。例如：粘质沙雷氏菌：例如：粘质沙雷氏菌：在在2525下培养，产生深红色的灵下培养，产生深红色的灵杆菌素；在杆菌素；在3737下培养，不产生色素；如果重新将温度下培养，不产生色素；如果重新将温度降到降到2525，又恢复产色素的能力。，又恢复产色素的能力。遗传与变异的概念遗传与变异的概念第第六六章章二、遗传变异的物质基础|种质连续理论：种质连续理论：1883-18891883-1889年间年间WeissmannWe
6、issmann提出。提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。物。|基因学说：基因学说：19331933年摩尔根（年摩尔根（Thomas Hunt Thomas Hunt MorganMorgan）发现了染色体，并证明基因在染色体）发现了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。质基础的范围缩小到染色体上。|DNADNA是遗传变异的物质基础的证明：是遗传变异的物质基础的证明：利用微生利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺物为实验对象进行的三个著名
7、实验的论证（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才拆开与重建试验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。是真正的遗传物质。第第六六章章经典试验经典试验1.肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验第第六六章章|加加S菌菌DNA|加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶|加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶|加加S菌的菌的RNA|加加S菌的蛋白质菌的蛋白质|加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌 1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty从热死
8、从热死S型型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：并在离体条件下进行了转化试验：只有只有S型细菌的型细菌的DNA才能将才能将S.pneumoniae的的R型转化为型转化为S型。且型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移型菌株转移给给R型菌株的，是遗传因子。型菌株的，是遗传因子。第第六六章章分离后的分离后的S S型细胞物质对型细胞物质对R R型细胞的转化型细胞的转化第第六六章章第第六六章章第第六六章章结论结论细胞生物的遗传物质是双链细胞生物的遗传物质是双链DNADN
9、A病毒的遗传物质可以是单链的或双链病毒的遗传物质可以是单链的或双链的的DNADNA或或RNARNA，即：即：ssDNAssDNA，dsDNAdsDNA，ssRNAssRNA或或dsRNAdsRNA。第第六六章章 三三、DNADNA和和RNARNA的分子结构和复制的分子结构和复制 第第六六章章第第六六章章遗传物质的复制-双链DNA的复制（半保留复制）第第六六章章密码子（密码子（codencoden）：）：由由3 3个核苷酸顺序决定，负载遗个核苷酸顺序决定，负载遗传信息的基本单位传信息的基本单位不对称转录：不对称转录：只有只有DNADNA双链的一股才作为有意义链双链的一股才作为有意义链被转录，这种
10、现象又称不对称转录。被转录，这种现象又称不对称转录。起始密码子：起始密码子：AUGAUG，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸，甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸终止密码子：终止密码子：UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG指指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序链上各个核苷酸的特定排列顺序第第六六章章DNA与遗传密码第第六六章章四、转座因子和毒力岛四、转座因子和毒力岛 第第六六章章（二）毒力岛（二）毒力岛 第第六六章章第一节常见的微生物变异现象第一节常见的微生物变异现象|形态、结构变异|毒力变异|耐药性变异|菌落变异|生化特性变异第第六六章章1.形态结构变异形态结构变异|3-6%食盐鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。琼脂培
11、基第第六六章章形态结构变异形态结构变异|青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型第第六六章章形态结构变异形态结构变异|特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低 10-20天 变形杆菌（H）0.1%石炭酸 （O）迁徙生长 单个菌落鞭毛变异第第六六章章连续通过易感动物连续通过易感动物和其他微生物共生或被温和噬菌体感染。和其他微生物共生或被温和噬菌体感染。例如魏氏梭菌与八叠球菌共生时毒力变强，例如魏氏梭菌与八叠球菌共生时毒力变强，无毒的白喉棒状杆菌被温和无毒的白喉棒状杆菌被温和-噬菌体感染后噬菌体感染后产生白喉毒素，成为有毒
12、细菌。产生白喉毒素，成为有毒细菌。增强毒力的方法增强毒力的方法2.毒力变异毒力变异第第六六章章毒力变异毒力变异|棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 第第六六章章减弱毒力的方法减弱毒力的方法通过非易感动物通过非易感动物例如：马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育例如：马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育成弱毒株；猪丹毒苗成弱毒株；猪丹毒苗GC42系将强毒株通过系将强毒株通过豚鼠传豚鼠传370代后又通过鸡传代后又通过鸡传42代育成弱毒。代育成弱毒。在较高温度下培养。强毒炭疽在较高温度下培养。强毒炭疽 42.5下培养下培养弱毒弱毒 在含有某些特殊化学物质的培养基中培养。在含有某些特殊化学物质的培养基中培养。著名
13、的著名的 卡介苗卡介苗BCG 第第六六章章在含有抗血清，噬菌体或抗生素的培养基在含有抗血清，噬菌体或抗生素的培养基中培养。中培养。长期的人工培养。长期的人工培养。在特殊气体条件下培养。在特殊气体条件下培养。如无荚膜炭疽芽胞苗是半强毒株在含如无荚膜炭疽芽胞苗是半强毒株在含50%血清的培养基上，在血清的培养基上，在50%CO2的条件下选育的条件下选育的。的。通过基因工程的方法。去除毒力基因可获通过基因工程的方法。去除毒力基因可获得无毒力株。得无毒力株。第第六六章章3.耐药性变异耐药性变异|细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。称为耐药性变异。|
14、金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年年的的14%上升至目前的上升至目前的80%。|有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。|含链霉素培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养第第六六章章4.菌落变异菌落变异光滑型光滑型粗糙型变异粗糙型变异 S型（型（smooth）菌落：光滑，湿润，边缘）菌落：光滑，湿润，边缘整齐。整齐。R型（型（rough）菌落：菌落表面粗糙，枯干，）菌落：菌落表面粗糙，枯干，边缘不整齐。边缘不整齐
15、。一般来说，一般来说，SR毒力由强变弱，但炭疽杆菌，毒力由强变弱，但炭疽杆菌，结核分支杆菌，结核分支杆菌，正常菌落为正常菌落为R型型S型，毒力减弱型，毒力减弱第第六六章章R R菌落菌落S S菌落菌落第第六六章章D菌落的变异菌落的变异|当细菌接触某些化学物质时如当细菌接触某些化学物质时如CuSO4,LiCl形成细小菌落叫形成细小菌落叫D菌落。（菌落。（dwarf clone,侏儒菌落）侏儒菌落）第第六六章章5.生化特性变异生化特性变异乳糖操纵子乳糖操纵子第第六六章章第第六六章章第二节 微生物变异的机制 指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。染色体畸变染色体畸
16、变细胞学上可以看到染色体的变细胞学上可以看到染色体的变基因突变基因突变细胞学上看不到遗传物质的变化细胞学上看不到遗传物质的变化=突变体（突变体（mutantmutant）发生了突变的微生物细胞或菌株发生了突变的微生物细胞或菌株=野生型（野生型（wild typewild type）从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的 原始菌株原始菌株第第六六章章(一)突变的特点不对应性不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。的对应关系。自发性自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发
17、地产生。自发地产生。稀有性稀有性：突变率低且稳定。：突变率低且稳定。独立性独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性可诱发性：诱变剂可提高突变率。：诱变剂可提高突变率。稳定性：稳定性：变异性状稳定可遗传。变异性状稳定可遗传。可逆性可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突称为正向突 变（变（forward mutation），从突变株回到野生），从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（型的过程则称为回复突变或回变（back mutation或或reverse mutation）。）。第第六六章章|变量试验变
18、量试验又称波动试又称波动试验或彷徨试验或彷徨试验。验。|19431943年，年，S.S.E.Luria E.Luria 和和M.M.DelbrDelbrck ck 根据统计学根据统计学原理，设计原理，设计了左方的实了左方的实验。验。1.变量试验fluctuation test第第六六章章2.涂布试验涂布试验原理与变量试验相同，方法更为简便，原理与变量试验相同，方法更为简便，且可计算突变率。且可计算突变率。第第六六章章(二)突变机制诱变剂（诱变剂（mutagenmutagen）：凡能提高突变率：凡能提高突变率的任何理化因子，就称为诱变剂的任何理化因子，就称为诱变剂.种类：种类：诱变剂的种类很多，
19、作用方式诱变剂的种类很多，作用方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有多样。即使是同一种诱变剂，也常有几种作用方式。几种作用方式。诱发突变诱发突变第第六六章章1.碱基置换（碱基置换（substitution）|定义定义：对：对DNADNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤（伤（microlesionmicrolesion），一般也称点突变（），一般也称点突变（point point mutationmutation）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。）。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。|分类：分类：转换（转换（transitiontransiti
20、on），），即即DNADNA链中的一个嘌呤被链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换（颠换（transversiontransversion），），即一个嘌呤被一个嘧啶即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说，对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与颠即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一换，也可只具其中的一种功能。种功能。第第六六章章亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用 HNO2胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）HNO2腺嘌呤（腺嘌
21、呤（A）次黄嘌呤（次黄嘌呤（H）HNO2鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）黄嘌呤（黄嘌呤（X）这些反应及形成物均可在这些反应及形成物均可在DNA复制中产生复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。影响，主要是使碱基对发生转换。碱基转换的分子机制以亚硝酸为例第第六六章章若干诱变剂的作用机制及诱变功能若干诱变剂的作用机制及诱变功能诱变因素诱变因素在在DNA上的初级效应上的初级效应遗传效应遗传效应碱基类似物碱基类似物掺入作用掺入作用AT=GC双向转换双向转换羟羟 胺胺与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应GCAT的转换的转换亚硝酸亚硝酸A、G、C的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用交交 联联AT=GC双向转换双向转换 缺失缺失烷化剂
22、烷化剂烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是G）烷化磷酸基团烷化磷酸基团丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂AT=GC双向转换双向转换ATTA的颠换的颠换GCCG的颠换的颠换巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类丫啶类碱基之间相互作用碱基之间相互作用 双链变形双链变形码组移动（或）码组移动（或）紫外线紫外线嘧啶的水合物嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体交交 联联GCAT转换转换码组移动（或）码组移动（或）电离辐射电离辐射碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解DNA降解降解 糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂丧失嘌呤丧失嘌呤AT=G
23、C双向转换双向转换码组移动（或）码组移动（或）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）加热加热C脱氨基脱氨基CGTA转换转换Mu噬菌体噬菌体结合到一个基因中间结合到一个基因中间码组移动码组移动第第六六章章2.移码突变|frame-shift mutation frame-shift mutation 或或 phase-shift mutationphase-shift mutation，指诱，指诱变剂使变剂使DNADNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译苷酸，从而使该部位
24、后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。错误的一类突变。|由移码突变所产生的突变株，称为由移码突变所产生的突变株，称为（frame-frame-shift mutantshift mutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是是DNADNA分子的微小损伤。分子的微小损伤。|丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫氨基丫啶等，以及一系列称为啶等，以及一系列称为ICRICR类的化合物，都是移码突变的类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。有效诱变剂。第第六六章章能诱发移码突变的几种代表性化合物u引起移
25、码突变的诱变剂：主要是引起移码突变的诱变剂：主要是吖啶类染料，吖啶类染料，如吖啶黄、吖啶橙等等。如吖啶黄、吖啶橙等等。u这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结构与一个嘌呤构与一个嘌呤嘧啶对十分相似。嘧啶对十分相似。第第六六章章丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变图示第第六六章章第第六六章章3.染色体畸变（染色体畸变（chromosomal aberration）|某些理化因子，如某些理化因子，如X X射线等的辐射及烷化剂、射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNADNA的大损伤（的大损伤（
26、macrolesionmacrolesion）染色体畸变，染色体畸变，它包括：它包括：z染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：z缺失（缺失（deletiondeletion）z重复（重复（duplicationduplication）z易位（易位（translocationtranslocation）z倒位（倒位（inversioninversion）z染色体数目的变化染色体数目的变化第第六六章章染色体结构上的变化|分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。|染色体内畸变染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，：只涉及一条染色体上的变化，z如发生染色体的部分如发
27、生染色体的部分缺失缺失或或重复重复时，其结果可造成基时，其结果可造成基因的减少或增加；因的减少或增加；z如发生如发生倒位倒位或或易位易位时，则可造成基因排列顺序的改变，时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。但数目却不改变。z倒位倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染色体旋转180180 后，后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；序与其它的基因顺序相反；z易位易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺向或是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。逆向地插入到同一条染
28、色体的其它部位上。|染色体间畸变染色体间畸变：指非同源染色体间的：指非同源染色体间的。第第六六章章自发突变机制|自发突变自发突变是指在没有人工参与下生物体自然是指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。发生的突变。|几种自发突变的可能机制几种自发突变的可能机制|微生物自身有害代谢产物的诱变效应微生物自身有害代谢产物的诱变效应z过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。它对它对NeurosporaNeurospora（脉孢菌）有诱变作用，这种作用（脉孢菌）有诱变作用，这种作用可因同时加入过氧化氢酶而降低，如果在加入该酶可因同时加入过氧化氢酶而降低，
29、如果在加入该酶的同时又加入酶抑制剂的同时又加入酶抑制剂KCNKCN，则又可提高突变率。，则又可提高突变率。这就说明，过氧化氢很可能是这就说明，过氧化氢很可能是“自发突变自发突变”中一种中一种内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易出内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易出现自发突变株，可能也是同样的原因。现自发突变株，可能也是同样的原因。第第六六章章环出效应|即环状突出效应。即环状突出效应。有人提出，在有人提出，在DNADNA的复制过程中，的复制过程中，如果其中某一单如果其中某一单链上偶然产生一链上偶然产生一个小环，则会因个小环，则会因其上的基因越过其上的基因越过复制而发生遗传复制而发生
30、遗传缺失，从而造成缺失，从而造成自发突变。自发突变。第第六六章章二、基因重组|定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基定义：凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组（重组（gene recombination）或遗传重组。）或遗传重组。|作用：重组可使生物体在未发生突变的情作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。况下，也能产生新遗传型的个体。第第六六章章生长快、产量低生长快、产量低生长慢、产量高生长慢、产量高基因重组基因重组生长快、产量
31、高生长快、产量高第第六六章章细菌的基因重组细菌的基因重组|基因重组的方式基因重组的方式z转化转化z转导转导z接合接合z原生质体融合原生质体融合第第六六章章定义定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受体菌称为后的的受体菌称为转化子（转化子（transformant）。）。有关名词：有关名词：受体菌：受体菌：recipient/receptor，
32、转化基因的接受者，转化基因的接受者供体菌供体菌：donor，转化基因的提供者，转化基因的提供者转化因子：转化因子：来自供体菌的来自供体菌的DNA片段片段转化子：转化子：transformant，将转化基因重组进入自身染，将转化基因重组进入自身染色体组的重组子色体组的重组子(一)、转化（transformation）1、转化及其发现、转化及其发现第第六六章章转化转化第第六六章章第第六六章章 受体细胞要处于感受态受体细胞要处于感受态.感受态感受态：competence，受体细胞能从环境吸取外源，受体细胞能从环境吸取外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态片段并实现其转化的一种生理状态供体供体DNA
33、片段（片段（转化因子转化因子）大小适宜，分子量一般为大小适宜，分子量一般为1 107 D 左右左右 菌株间的亲缘关系密切菌株间的亲缘关系密切2、转化发生的条件 3 3、转化的类型、转化的类型根据感受态建立的方式，可以分为：根据感受态建立的方式，可以分为：自然遗传转化自然遗传转化natural genetic transformation人工转化人工转化artificial transformation第第六六章章人工转化 人工转化人工转化是通过人为诱导的方法，使细胞具是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取有摄取DNA的能力，或人工地将的能力，或人工地将DNA导入细胞导入细胞内。内。方法：方法：C
34、aCl2处理细胞，使其成为能摄取外源处理细胞，使其成为能摄取外源DNA的感受态状态的感受态状态.电穿孔法电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击：用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括括DNA）能通过这些小孔进入细胞。）能通过这些小孔进入细胞。第第六六章章可转化的性状可转化的性状荚膜多糖的合成荚膜多糖的合成专一性酶的合成专一性酶的合成专一性蛋白质的合成专一性蛋白质的合成抗药性抗药性第第六六章章混合培养(二)、转导（transduction）J.Lederberg等（等（1952）在）在Salmonella typhimur
35、ium中发中发现的。现的。1.转导及其发现转导及其发现定义：定义：以温和以温和噬菌体为媒介，将供体细胞的噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。第第六六章章转导转导第第六六章章第第六六章章2.转导的种类 完全普遍转导完全普遍转导 普遍转导普遍转导 流产普遍转导流产普遍转导 转导转导 低频转导低频转导 局限转导局限转导 高频转导高频转导第第六六章章普遍性转导普遍性
36、转导第第六六章章|概念：概念：受体菌经转导获得的供体受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就称为转译（性状表达），这种现象就称为流产转导流产转导。|现象：现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源这段外源DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供分配给一个子细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产物体基因的产物酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，每经过
37、一次分裂，就受到一次稀释每经过一次分裂，就受到一次稀释.流产转导流产转导第第六六章章局限性转导局限性转导galbiogalbiogalbiogalbiobiogal普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别区别要点普遍性转导局限性转导基因转导发生的时期裂解期溶原期转导的遗传物质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位转导的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性转导频率受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加1000倍(10-4)第第六六章章 (三三)、接合接合 供体与受体细胞供体与受体细胞直接接触，借性直接接触，借性菌毛传递菌毛传
38、递DNA，在受体细胞中发在受体细胞中发生交换、整合，生交换、整合，使之获得供体菌使之获得供体菌的遗传性状的现的遗传性状的现象，称为接合。象，称为接合。通过接合而获得通过接合而获得新性状的受体细新性状的受体细胞就称接合子。胞就称接合子。第第六六章章第第六六章章(四)、原生质体融合protoplast fusion|概念：概念：通过人为方法，使遗传性状不同的两细通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组胞的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合以产生同时带有双亲性状的遗传性稳定的融合子（子（fusant）的过程，称为原生质体融合
39、。）的过程，称为原生质体融合。|适用范围：适用范围：各种生物细胞都能进行原生质体融各种生物细胞都能进行原生质体融合，包括各种原核生物、真核微生物以及高等合，包括各种原核生物、真核微生物以及高等动植物和人体的不同细胞。动植物和人体的不同细胞。|意义：意义：70年代后发展的一种育种新技术，继转年代后发展的一种育种新技术，继转化、转导和接合之后一种更有效的转移遗传物化、转导和接合之后一种更有效的转移遗传物质的手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或质的手段。原生质体融合不仅能在不同菌株或种间进行，还能做到属间、科间甚至更远缘的种间进行，还能做到属间、科间甚至更远缘的微生物或高等生物细胞间的融合。微生物或
40、高等生物细胞间的融合。|发展点：发展点：有关原生质体融合的遗传机制，尚未有关原生质体融合的遗传机制，尚未研究清楚，目前还在探索中。研究清楚，目前还在探索中。第第六六章章l原生质体融合的优点：原生质体融合的优点：可以提高重组率可以提高重组率 双亲可以少带标记或不带标记双亲可以少带标记或不带标记 可进行多亲本融合可进行多亲本融合 有利于不同种间、属间微生物的杂交有利于不同种间、属间微生物的杂交 通过原生质体融合提高产量通过原生质体融合提高产量 第第六六章章原生质体融合的主要步骤|选择亲株选择亲株 制备原生质体制备原生质体原生质体融原生质体融合合 原生质体原生质体 再生再生 筛选优良性状的筛选优良性
41、状的融合重组子融合重组子第第六六章章三、微生物遗传变异的实际意义三、微生物遗传变异的实际意义|诱变育种诱变育种|在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用|在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用|在流行病学中的应用在流行病学中的应用|在基因工程中的应用在基因工程中的应用第第六六章章诱变育种诱变育种：是用物理或化学的诱变剂使诱变是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（对象内的遗传物质（DNA）的分子结构发生改）的分子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。变异菌株的一种育种方法。l诱变育种
42、具有极其重要的实践意义诱变育种具有极其重要的实践意义。当前发酵工业和其他微生物生产部当前发酵工业和其他微生物生产部门所使用的高产菌株，几乎毫无例门所使用的高产菌株，几乎毫无例外地都是通过诱变育种而明显提高外地都是通过诱变育种而明显提高其生产性能的。其生产性能的。1.诱变育种第第六六章章诱变育种的基本过程诱变育种的基本过程选择合适的出发菌株选择合适的出发菌株制备待处理的菌悬液制备待处理的菌悬液诱变处理诱变处理筛选筛选保藏和扩大试验保藏和扩大试验第第六六章章 1.1.出发菌株的选择出发菌株的选择出发菌株用来育种处理的起始菌株出发菌株应具备：出发菌株应具备：对诱变剂的敏感性高；具有特定生产性状的能力
43、或潜力；出发菌株的来源；出发菌株的来源；自然界直接分离到的野生型菌株：历经生产考验的菌株：已经历多次育种处理的菌株：第第六六章章2.2.制备细胞悬液制备细胞悬液要求：要求：菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长；菌体处于对数生长期，并使细胞处于同步生长；细胞分散且为单细胞，以避免细胞分散且为单细胞，以避免表型迟延现象表型迟延现象（phenotypic lagphenotypic lag）;方法：方法：玻璃珠打散玻璃珠打散10-15min;10-15min;加加.3%.3%吐温吐温8080（表面活性剂）（表面活性剂）用无菌脱脂棉过滤。用无菌脱脂棉过滤。制备：制备：物理诱变剂物理诱变剂生理盐水（
44、生理盐水（0.85%NaCl)0.85%NaCl)化学诱变剂化学诱变剂缓冲液缓冲液 浓度：浓度：细菌、放线菌细菌、放线菌 10108 8个个/ml/ml 霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌 10106 6个个/ml/ml第第六六章章表型迟延现象表型迟延现象:指某一突变在指某一突变在DNA复制和细胞分裂后，才复制和细胞分裂后，才在表型上显示出来，造成不纯的菌落。在表型上显示出来，造成不纯的菌落。3.3.诱变处理诱变处理(诱变剂的作用：诱变剂的作用：提高突变的频率提高突变的频率 扩大产量变异的幅度扩大产量变异的幅度 使产量变异朝着正突变或负突变移动使产量变异朝着正突变或负突变移动(剂量的表示法：剂量的表示法
45、：不同种类和不同生长阶段的微不同种类和不同生长阶段的微生物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理生物对诱变剂的敏感程度不同，所以在诱变处理前，一般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的前，一般应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量的致死曲线，选择合适的处理剂量。致死曲线，选择合适的处理剂量。致死率是最致死率是最好的诱变剂相对剂量的表示方法。好的诱变剂相对剂量的表示方法。(最适剂量的选择：最适剂量的选择：产量性状的育种中多倾向于产量性状的育种中多倾向于低剂量（致死率的低剂量（致死率的707080%80%）第第六六章章诱变处理方式：诱变处理方式：单一因子处理：单一因子处理：复合因子处理：复合因子处理：先后使
46、用先后使用 同时使用同时使用 单一因子重复单一因子重复使用使用两种以上因素两种以上因素第第六六章章2.2.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用|形态、结构、染色性、生化特性、抗原性及毒力等方面的变异，使得诊断复杂化|耐药菌株日益增多，因此以药敏实验为指导|减毒菌株和无毒株可制备成疫苗第第六六章章3.3.在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用|凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。第第六六章章4.4.在流行病学中的应用在流行病学中的应用|分子生物学分析方法已被用于流行病学调查z质粒指纹图（PEP）z对噬菌体的敏感性，对细菌素的敏感性第第六六章章5.5.在
47、基因工程中的应用在基因工程中的应用|基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的 z切取目的基因连接到载体上转移到工程菌内，大量表达目的基因产物z目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品第第六六章章基因工程基因工程1.1.基因工程总体策略基因工程总体策略2.2.目标基因的克隆与鉴定目标基因的克隆与鉴定3.3.宿主和载体宿主和载体4.4.重组蛋白的生产重组蛋白的生产第第六六章章基因工程总体策略基因工程总体策略基因工程指用人为的方法将所需要的某基因工程指用人为的方法将所需要的某一供体生物的一供体生物的DNADNA提取出来，在适当
48、的条件提取出来，在适当的条件下用适当的酶切割后，把它与载体下用适当的酶切割后，把它与载体DNADNA分子分子连接起来形成具有自我复制能力的连接起来形成具有自我复制能力的DNADNA分分子子复制子，并将它转移到宿主细胞中进复制子，并将它转移到宿主细胞中进行扩增和表达。行扩增和表达。第第六六章章重组蛋白的生产品种、菌株改良遗传基因分析第第六六章章蓝蓝-白选择白选择第第六六章章活性筛选活性筛选第第六六章章第第六六章章1.1.衰退（衰退（degenerationdegeneration）：菌种在培养或保藏过：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优程中，由于自发突变的存在，出现某些原
49、有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的衰退。称为菌种的衰退。衰退的原因：衰退的原因：基因突变，分离现象。基因突变，分离现象。常见的衰退现象：常见的衰退现象：菌落和细胞形态的改变；菌落和细胞形态的改变；生长速度缓慢，产孢子越来越少；生长速度缓慢，产孢子越来越少；抵抗力、抗不良环境能力减弱等。抵抗力、抗不良环境能力减弱等。代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降；代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降；四、菌种的衰退、复壮及保藏（一（一）菌种的衰退与复壮的概念）菌种的衰退与复壮的概念第第六六章章2 2、菌种的复壮菌种的复壮（rejuvenati
50、onrejuvenation）：使衰退的菌种恢复原：使衰退的菌种恢复原来优良性状。来优良性状。狭义的复壮狭义的复壮是指在菌种已发生衰退的情况下，是指在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出通过纯种分离和生产性能测定等方法，从衰退的群体中找出未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施；未衰退的个体，以达到恢复该菌原有典型性状的措施；广义广义的复壮的复壮是指在菌种的生产性能未衰退前就有意识的经常、进是指在菌种的生产性能未衰退前就有意识的经常、进行纯种的分离和生产性能测定工作，以期菌种的生产性能逐行纯种的分离和生产性能测定工作，以期菌种的生产性能逐步提高。实
